新材料在電磁脈沖防護(hù)中的應(yīng)用

喬曉強(qiáng)，柳永祥，梁 濤

（總參第六十三研究所，江蘇南京 210007）

新材料在電磁脈沖防護(hù)中的應(yīng)用

喬曉強(qiáng)，柳永祥，梁 濤

（總參第六十三研究所，江蘇南京 210007）

介紹了電磁脈沖武器的特點(diǎn)和電磁脈沖防護(hù)的幾種途徑，并對(duì)新材料在電磁脈沖防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，為進(jìn)一步進(jìn)行電磁脈沖防護(hù)研究提供基礎(chǔ)。

電磁脈沖防護(hù)；高功率微波武器；新型材料

21世紀(jì)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)由機(jī)械化戰(zhàn)爭發(fā)展為信息化戰(zhàn)爭，戰(zhàn)場上的軍事電子信息設(shè)備從綜合化向集成化方向發(fā)展。通信、雷達(dá)、導(dǎo)航以及各種武器監(jiān)控、目標(biāo)識(shí)別、定位、軍事指揮等均廣泛地實(shí)現(xiàn)了信息化和智能化，極大地提高了武器系統(tǒng)的綜合效能。同時(shí)，隨著電磁脈沖武器的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如高功率微波武器、超寬帶武器、電磁炸彈、電磁導(dǎo)彈等的出現(xiàn)，在加上自然雷電、靜電放電等電磁輻射源，使得軍事電子信息設(shè)備面臨越來越多的威脅。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是陸、海、空、天、電五位一體的全空間信息作戰(zhàn)體系，制電磁權(quán)是敵我雙方爭奪的焦點(diǎn)，誰取得了制電磁權(quán)，誰就在戰(zhàn)爭中取得了主動(dòng)權(quán)。因此，在戰(zhàn)爭中做好電磁脈沖防護(hù)，保證軍事信息系統(tǒng)免遭電磁脈沖武器的攻擊，對(duì)取得戰(zhàn)爭的最終勝利具有重要意義。

1 電磁脈沖武器的特點(diǎn)

電磁脈沖武器是一種在爆炸時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖輻射的武器，能夠直接破壞目標(biāo)或使目標(biāo)喪失作戰(zhàn)效能。電磁脈沖武器主要通過電磁脈沖能量的輻射對(duì)敵方電子系統(tǒng)進(jìn)行攻擊，通過侵入并破壞系統(tǒng)中電子元器件、集成電路、電路板等達(dá)到破壞整個(gè)系統(tǒng)的目的?，F(xiàn)代戰(zhàn)場上各種高端武器裝備都采用了非常復(fù)雜的電子設(shè)備和裝置，而現(xiàn)代電子設(shè)備和裝置對(duì)于電磁脈沖輻射非常敏感，因此已成為電磁脈沖武器攻擊的重點(diǎn)目標(biāo)［1－4］。

電磁脈沖武器按產(chǎn)生電磁脈沖的方式可分核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器。在核電磁脈沖武器中，核爆炸輻射的γ射線是激勵(lì)電磁脈沖的主要因素。當(dāng)發(fā)生高空核爆炸時(shí)，γ射線與空氣分子作用產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖。非核電磁脈沖武器主要包括高功率微波定向發(fā)射系統(tǒng)和高功率微波彈。無論是核電磁脈沖還是非核電磁脈沖武器，均具有能量大、峰值場強(qiáng)高、頻率范圍寬、作用范圍大等特點(diǎn)。由于核武器主要起戰(zhàn)略威懾作用，發(fā)生核戰(zhàn)爭的可能性很小，所以目前發(fā)展比較迅速的是非核電磁脈沖武器。

與傳統(tǒng)的武器相比，電磁脈沖武器具有以下特點(diǎn)。

1）全天候作戰(zhàn)能力 電磁脈沖武器通過利用發(fā)射到空中的強(qiáng)電磁波來殺傷和破壞目標(biāo)，這種高功率的電磁波不受大氣、云霧等影響，不存在嚴(yán)重的傳輸衰減問題，能量損失少，因此在作戰(zhàn)中具備全天候能力。

2）多目標(biāo)殺傷能力 電磁脈沖武器能夠?qū)?shù)十千米范圍內(nèi)的雷達(dá)、航空、導(dǎo)航、通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等幾乎所有的電子設(shè)備進(jìn)行殺傷，堪稱“全能殺手”，輻射出的強(qiáng)電磁脈沖信號(hào)可以通過天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，鉆進(jìn)地下，破壞各種隱蔽在地下設(shè)施中的電子設(shè)備。電磁脈沖武器對(duì)付隱身武器也非常有效。高功率電磁脈沖武器能夠提供更高的束能密度，使隱身武器吸收更多的能量，從而達(dá)到破壞或使得隱身武器嚴(yán)重受損的。

3）成本低、效率高 電磁脈沖武器所需要的成本非常低廉，對(duì)于一枚普通的小型電磁脈沖炸彈，制造費(fèi)用僅需要幾百美元，與常規(guī)炸彈相比，成本非常低廉。利用巡航導(dǎo)彈攜載一枚電磁脈沖炸彈，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行打擊，而只需要?jiǎng)右粋€(gè)架次，可見其打擊效率之高。

4）瞄準(zhǔn)精度要求低 有效空間內(nèi)的所有電子設(shè)備都是電磁脈沖武器的作用目標(biāo)，但其對(duì)于精確定位技術(shù)的依賴性不是很高。電磁脈沖武器所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁波由天線發(fā)射到空間，對(duì)天線的要求不需要非常統(tǒng)一，因此可以根據(jù)實(shí)際的作戰(zhàn)需要，選擇定向或者全向天線。在電磁波傳輸過程中，產(chǎn)生的衍射可以形成很大的斑點(diǎn)，從而用來補(bǔ)償跟蹤和瞄準(zhǔn)造成的不足。波束較寬，可以使高強(qiáng)度輻射場覆蓋被攻擊的目標(biāo)，因此，對(duì)波束瞄準(zhǔn)沒有太高的要求。

5）發(fā)射平臺(tái)多樣 電磁脈沖武器可以根據(jù)攻擊目標(biāo)的特征（如政府大樓、軍事基地、雷達(dá)站、偽裝目標(biāo)、移動(dòng)目前等）選擇各種不同的發(fā)射平臺(tái)，通常以軍用飛機(jī)、作戰(zhàn)艦艇作為電磁脈沖武器運(yùn)載發(fā)射的載體，另外，也可以利用大口徑火炮或火箭炮進(jìn)行發(fā)射。

6）軟、硬殺傷功能 電磁脈沖武器不僅可以對(duì)敵方的雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)等實(shí)施電子干擾，令其探測、通信和指揮控制致盲、致聾、致啞，也可定點(diǎn)、定時(shí)對(duì)敵方的雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)等以致命的破壞，從而造成敵方的作戰(zhàn)系統(tǒng)和電子設(shè)備不能正常工作。

2 電磁脈沖防護(hù)的幾種途徑

電磁脈沖武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)軍事電子信息系統(tǒng)的威脅日益嚴(yán)重，因此必須進(jìn)行有效的電磁脈沖防護(hù)。許多國家都已經(jīng)加強(qiáng)了對(duì)電磁脈沖武器防護(hù)方法的研究，并已提出了一些切實(shí)可行的電磁加固措施。目前，電磁脈沖防護(hù)的途徑主要包括技術(shù)途徑和戰(zhàn)術(shù)途徑。

2．1 技術(shù)途徑

技術(shù)途徑主要包括工程級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)以及器件單元的防護(hù)，一般性的技術(shù)防護(hù)途徑是良好的接地、屏蔽和濾波。

1）接地 接地就是將各種裝置的金屬外殼、鐵管外皮、高頻電子設(shè)備信號(hào)以及電源工作都接到相同的接地裝置上，籠統(tǒng)的講，就是將電子設(shè)備通過適當(dāng)?shù)姆椒ê屯緩脚c大地連接。通過接地處理可以有效抑制電磁波對(duì)電子設(shè)備造成的影響，避免電荷積累過多導(dǎo)致放電而造成的干擾和損壞，在一定程度上降低電磁脈沖對(duì)電子設(shè)備的損傷。

2）屏蔽 屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減少電磁脈沖能量的傳輸，從而達(dá)到電磁脈沖防護(hù)的目的。采用屏蔽措施，可以將對(duì)電磁脈沖比較敏感的電子設(shè)備及系統(tǒng)在空間上與電磁脈沖輻射環(huán)境相隔離，一是限制了內(nèi)部輻射的電磁脈沖能量泄露出來，二是防止外來電磁脈沖輻射進(jìn)入電子設(shè)備或系統(tǒng)。應(yīng)對(duì)電子設(shè)備的所有電纜及進(jìn)出孔，都要用電磁波吸收材料加以堵塞，并對(duì)進(jìn)出電纜、導(dǎo)線采用旁路電容、濾波等措施。對(duì)于重要的系統(tǒng)設(shè)備，還可以采用電磁屏蔽性能良好的方艙，不但簡單易行，而且成本低，防護(hù)效果也好。

3）濾波 濾波是實(shí)施電磁脈沖防護(hù)的一種重要措施。濾波可以將信號(hào)中某一指定頻率濾除，從而抑制和防止電磁脈沖干擾進(jìn)入電子設(shè)備或系統(tǒng)。對(duì)于電磁脈沖武器，其輻射的能量很大，為了防止電磁脈沖輻射的干擾信號(hào)進(jìn)入電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部，必須在設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)的電源入口處加入各種濾波裝置。濾波裝置可以由無源或者有源器件組成，也可以由鐵氧體一類的有損耗材料組成。

2．2 戰(zhàn)術(shù)途徑

對(duì)電磁脈沖武器的防護(hù)，除了技術(shù)防護(hù)途徑以外，戰(zhàn)術(shù)性的防護(hù)措施也具有一定的作用。

1）偽裝防護(hù) 將戰(zhàn)場內(nèi)的重要指揮通信樞紐、電子信息系統(tǒng)、固定通信臺(tái)站等轉(zhuǎn)入地下，或進(jìn)行隱蔽偽裝，采取多種欺騙手段，阻止敵方對(duì)我方重要目標(biāo)的偵察定位，降低電磁脈沖武器打擊的概率。

2）主動(dòng)攻擊 可以采取積極防護(hù)措施，以攻助防。通過我方的偵察預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)敵方的投擲工具，合理部署導(dǎo)彈部隊(duì)，在敵方未進(jìn)行攻擊之前將其摧毀。

3）實(shí)施干擾 對(duì)敵方主動(dòng)實(shí)施干擾。電磁脈沖武器的載體主要依靠巡航導(dǎo)彈、精確制導(dǎo)炸彈等，而巡航導(dǎo)彈、精確制導(dǎo)炸彈的大部分信息來自衛(wèi)星，例如美國主要依賴GPS信息。對(duì)巡航導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈的GPS接收機(jī)進(jìn)行干擾，破壞精確制導(dǎo)系統(tǒng)的的工作，將大大降低電磁脈沖武器的作戰(zhàn)效能。

3 應(yīng)用于電磁脈沖防護(hù)的新材料

傳統(tǒng)的電磁脈沖防護(hù)方法在一定程度上大大降低了電磁脈沖武器對(duì)電子設(shè)備的損傷，但是由于電子設(shè)備的殼體上不可避免地存在孔縫，且當(dāng)電磁波的半波長小于孔洞或縫隙的尺寸時(shí)，普通防護(hù)手段將難以奏效。近年來，一些新的技術(shù)應(yīng)用于電磁脈沖防護(hù)中，起到了良好的電磁脈沖防護(hù)效果。

3．1 新型吸波材料

一定厚度的吸波材料能夠有效地吸收電磁波，從而能夠提高電磁脈沖防護(hù)效能。吸波材料按照吸波機(jī)理的不同可分為電損耗和磁損耗兩大類，如常用的炭黑系材料屬于前者，而鐵氧體系材料屬于后者。以乙炔炭黑和Ni－Zn鐵氧體構(gòu)成的吸波材料為例，以醇酸樹脂為基底，加入乙炔炭黑構(gòu)成吸波材料，加入炭黑的比例不同，則吸波材料對(duì)應(yīng)的相對(duì)介電常數(shù)不同。當(dāng)加入10%的乙炔炭黑時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)εr＝12．24－i 5．04；當(dāng)比例變?yōu)?0%時(shí)，εr＝20．6－i 16．1。而對(duì)于Ni－Zn鐵氧體，相對(duì)介電常數(shù)εr＝13．93－i 1．10，相對(duì)磁導(dǎo)率μr＝6．58－i 12．83。因此，研究不同比例構(gòu)造的新型吸波材料，對(duì)電磁脈沖防護(hù)能夠起到良好的防護(hù)效果。

3．2 等離子體

研究表明，當(dāng)高功率微波與等離子體相互作用時(shí)，體現(xiàn)出了不同于一般導(dǎo)體或介質(zhì)的特性。在一定條件下，等離子體能夠反射高功率微波，使微波能量反射出去；在一定條件下，等離子體又能吸收高功率微波，使透射進(jìn)電子設(shè)備的微波功率低于干擾或破壞閾值；當(dāng)高功率微波的入射角度變化時(shí)，等離子體可以改變高功率微波的傳播方向，避免電子設(shè)備受到損失。以上因素使得等離子體成為電磁脈沖防護(hù)的一種新型材料［5－6］。

3．3 特種集成芯片

目前，一些用于電磁脈沖防護(hù)的特種集成芯片正在開發(fā)研制中。特種集成芯片采用各種高品質(zhì)的材料和先進(jìn)的工藝措施，提高其抗電磁脈沖能力。其中，俄羅斯和美國等大國已經(jīng)宣稱研制成功能夠抵抗一定強(qiáng)度電磁脈沖的集成芯片，相對(duì)于對(duì)應(yīng)型號(hào)的普通芯片，其抗強(qiáng)脈沖能力提高了8～10倍。

3．4 光導(dǎo)纖維

由于光導(dǎo)纖維僅對(duì)光信號(hào)進(jìn)行傳導(dǎo)，而且不會(huì)與電磁脈沖產(chǎn)生耦合作用，因此采用光導(dǎo)纖維完成各種電子設(shè)備之間的信號(hào)傳輸，能夠有效防止電磁脈沖輻射的干擾。光導(dǎo)纖維是一種傳輸光束的細(xì)微而柔韌的媒質(zhì)。光導(dǎo)纖維電纜由一捆纖維組成，簡稱為光纜。光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì)，它具有頻帶較寬、電磁絕緣性能好、衰減較小、中繼器的間隔較大等優(yōu)點(diǎn)，因此可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)電磁脈沖武器的防護(hù)。

4 結(jié) 語

隨著電磁脈沖武器的發(fā)展，加之戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復(fù)雜性，戰(zhàn)場上的軍事電子信息設(shè)備面臨著越來越嚴(yán)重的威脅，因此有效的電磁脈沖防護(hù)必不可少。本文介紹了電磁脈沖武器的特點(diǎn)和電磁脈沖防護(hù)的常用途徑，并對(duì)未來應(yīng)用于電磁脈沖防護(hù)的新材料進(jìn)行了探討，為進(jìn)一步進(jìn)行電磁脈沖防護(hù)技術(shù)的研究提供了基礎(chǔ)。

［1］ 周壁華，陳 彬，石立華．電磁脈沖及其防護(hù)工程［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2003．

［2］ 宋 揚(yáng)，劉趙云．電磁脈沖武器技術(shù)淺析［J］．飛航導(dǎo)彈，2009（2）：24－29．

［3］ 王菊海．電磁脈沖武器在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中的應(yīng)用及防護(hù)措施［J］．海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，25（4）：45－47．

［4］ 李治安．電磁脈沖防護(hù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其對(duì)策研究［J］．軍隊(duì)政工理論研究，2008，9（5）：605－606．

［5］ 袁忠才，時(shí)家明．等離子體－吸波材料－等離子體夾層結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)性能研究［J］．中國科學(xué)，2011，40（1）：21－24．

［6］ 舒 楠，張 厚，李圭源．等離子體在強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)中的應(yīng)用［J］．無線電工程，2010，40（10）：55－57．

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1008－1542（2011）12－0184－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：陳書欣

喬曉強(qiáng)（1981－），男，江蘇沐陽人，工程師，碩士，主要從事通信抗干擾和電子頻譜技術(shù)方面的研究。